Новости

Dec 30, 2023

Сможем ли мы когда-нибудь полететь над землей на сверхзвуке?

Мэтью Хатсон В 1947 году Чак Йегер, летчик-испытатель ВВС, стал

Мэтью Хатсон

В 1947 году Чак Йегер, летчик-испытатель ВВС, стал первым человеком, преодолевшим звуковой барьер. Он сделал это на крошечном самолете оранжевого цвета под названием Bell X-1 — по сути, состоящем из кабины и двух крыльев, соединенных с ракетным двигателем. Как и все сверхзвуковые летатели, Йегер опустил за собой звуковой удар. Принцип действия стрелы прост: звук распространяется по воздуху в виде волн сжатия, названных так потому, что они возникают, когда воздух становится более плотным и разреженным; когда самолет летит, волны распространяются во всех направлениях со скоростью звука. Но когда самолет сам превышает эту скорость — около семисот семидесяти миль в час на уровне моря или около шестисот шестидесяти на крейсерской высоте — он догоняет волны, расширяющиеся перед ним. Они начинают накапливаться, и эта единая слившаяся волна сразу достигает земли, создавая грохот. Далее следует зона низкого давления — впадина волны, а затем возвращается нормальное давление воздуха, создавая свой собственный звук. (Часто звуковые удары звучат как бум-бум.) Звуковые удары не случайно звучат как гром; Гром – это звуковой удар, вызванный ударными волнами, распространяющимися вокруг молний. Пули летят достаточно быстро, чтобы вызывать звуковые удары, как и хвосты кнутов. Вопреки тому, что вы можете себе представить, самолет вызывает звуковой удар не один раз, когда преодолевает звуковой барьер, а непрерывно в течение всего времени, пока он находится на сверхзвуке. Грохот пронесся над всем, что находится под ним — своего рода звуковая метла, ширина которой составляет около мили на каждую тысячу футов высоты самолета.

Планы по созданию самолета, который впоследствии станет «Конкордом» — первым коммерческим «сверхзвуковым транспортным средством» или SST — начались в пятидесятых годах. НАСА начало работать над сверхзвуковым транспортным средством с момента своего основания, в 1958 году, и в конечном итоге остановилось на конструкции Boeing. Но эти инициативы начались еще до того, как звуковые удары были полностью изучены. В техническом обзоре, написанном в 1960 году, ученые НАСА предупреждали, что «шумовое давление ударной волны» может быть «достаточной интенсивности, чтобы повредить части наземных строительных конструкций, таких как окна, а также вызвать раздражение». Однако чтобы оценить всю степень этого раздражения, потребуется время. В течение десяти месяцев в 1961 и 1962 годах ВВС и Федеральное управление гражданской авиации (ФАУ) проводили операцию «Бонго», пролетая над Сент-Луисом бомбардировщики B-58 и расспрашивая граждан о примерно ста пятидесяти стрелах, созданных самолетами; авторы пришли лишь к выводу, что после неоднократных подъемов «можно ожидать некоторой реакции». («Звуковой удар — это первоочередная проблема связей с общественностью», — сказал майор ВВС The New Yorker в 1962 году.) Более ясная картина появилась в 1964 году, когда в ходе операции «Бонго II» над Оклахома-Сити было произведено более тысячи звуковых ударов. Люди жаловались на нарушение сна, разговоров и душевного спокойствия, а также на периодические трещины в штукатурке или стекле. В итоге примерно каждый четвертый заявил, что не может научиться жить в этом шуме. Эти исследования, а также десятки тысяч исков к ВВС о возмещении материального ущерба (лошади и индейки предположительно умерли или сошли с ума) привели к тому, что ФАУ в 1973 году запретило гражданские наземные сверхзвуковые полеты.

Существует множество причин, по которым «Конкорд», впервые поднявшийся в воздух в 1969 году, прекратил полеты в 2003 году. Среди них и тот факт, что этому самолету было разрешено достигать сверхзвуковых скоростей только над океаном. В этом месяце United Airlines объявила о планах приобрести самолеты у Boom Supersonic, денверского стартапа, целью которого является производство нового поколения сверхзвуковых пассажирских самолетов. Но самолет Бума, «Увертюра», все равно будет греметь и оставаться заокеанским зверем, по крайней мере, на полном газу. Сверхзвуковое путешествие по суше — от аэропорта Кеннеди до Сан-Франциско примерно за три часа — зависит от изобретения более тихой стрелы.

Только в последние двадцать лет, благодаря усовершенствованным компьютерным моделям аэродинамики, стал возможен своего рода звуковой удар. «Базовая теория формирования звукового удара действительно существовала во время разработки «Конкорда», еще в шестидесятых годах», — рассказал мне Майкл Буонанно, руководитель направления летательных аппаратов в компании Lockheed Martin. К сожалению, продолжил он, «компьютеры в то время не были достаточно мощными, чтобы выполнить сложное моделирование, необходимое для действительно получения» идеальной формы. В 2003 и 2004 годах, используя более качественное моделирование, НАСА управляло демонстратором Shaped Sonic Boom, Northrop Grumman F-5 с пластикой носа; Исследователи сэкономили деньги, приживив съемную часть на нижнюю часть уже существующего реактивного самолета, назвав получившийся самолет «Пеликан» из-за его выпуклого профиля. В 2006 и 2007 годах НАСА реализовало аналогичную идею в партнерстве с компанией Gulfstream, оснастив McDonnell Douglas F-15 «тихим шипом», который выступал примерно на двадцать четыре фута из его носа.